渦輪前溫度是現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵指標(biāo)

    近日，有關(guān)媒體報(bào)道，中國相關(guān)單位已經(jīng)研制成功新一代熱障涂層材料-稀土鉭酸鹽高溫鐵彈相變陶瓷材料，可以有效提高國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度，為國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能升級(jí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

    眾所周知，渦輪前溫度是現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵指標(biāo)之一，這個(gè)渦輪指的是高壓渦輪，航空發(fā)動(dòng)機(jī)屬于熱機(jī)，能量來源于空氣受熱膨脹，從能量守恒角度來講，燃?xì)鉁囟仍礁?，產(chǎn)生的能量越大，但是航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟扔幸粋€(gè)限制，那就是高壓渦輪承受能力，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)工作需要空氣由壓氣機(jī)送入燃燒室，而高壓壓氣機(jī)由高壓渦輪帶動(dòng)，因此高壓渦輪需要承受高溫高速燃?xì)鈳淼臎_擊，還要高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)高壓壓氣機(jī)，對(duì)于材料要求極高，所以高壓渦輪與燃燒室、高壓壓氣機(jī)被稱為發(fā)動(dòng)機(jī)“核心機(jī)”三大件就是這個(gè)原因。

高壓渦輪的耐心受能力直接決定著發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度高低

高壓渦輪又要帶動(dòng)高壓壓氣機(jī)，要求一定的機(jī)械性能，這樣就形成了限制

    現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪普遍采用鎳基高溫合金，它的最高工作溫度大約是1100度，四代航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度已經(jīng)達(dá)到1600度，抵達(dá)材料表面溫度也有1100度，在這樣高溫度下材料會(huì)變軟，無法承受高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力，實(shí)際上未來發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟扔锌赡艹^2000度，抵達(dá)材料表面溫度在1500度以上，僅憑鎳基高溫合金本身已經(jīng)不能適應(yīng)要求，需要熱障涂層來進(jìn)一步降低材料工作溫度。

    現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪熱障涂層主要采用陶瓷材料，陶瓷優(yōu)點(diǎn)就是熔點(diǎn)高、強(qiáng)度大、熱導(dǎo)率低，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)熱障涂層多采用氧化鋯基陶瓷材料，它可以使材料承受的溫度降低100度，這樣加上鎳基高溫合金本身1100度，再加上氣膜冷卻技術(shù)還能提供400度左右的冷即效果，那么航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度可以達(dá)到1600度左右。這個(gè)溫度正是第四代航空發(fā)動(dòng)機(jī)F119渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度。

F-22優(yōu)異的性能來源兩部先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，后者又依靠材料進(jìn)步

    隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能繼續(xù)提高，人們預(yù)測第五代航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度可能會(huì)達(dá)到達(dá)到2000度，這樣熱聯(lián)涂層需要提供氧化鋯陶瓷材料提供更好的防護(hù)效果，遺憾是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，氧化鋯陶瓷材料迅速下降，熱導(dǎo)率增加，材料氧化，進(jìn)而導(dǎo)致涂層失效，所以人們一直在尋找性能更好的熱障涂層材料，為此中國相關(guān)單位研制成功稀土鉭酸鹽高溫鐵彈相變陶瓷材料，它與傳統(tǒng)氧化鋯陶瓷材料相比，效率更高，可以達(dá)到后者的2-3倍，也就是說它可以讓材料承受的溫度降低200-300度，加上鎳基高溫合金的1100度、氣膜冷卻的300-400度，可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度提到1800度以上，還有就是韌性好，傳統(tǒng)陶瓷材料最大缺點(diǎn)就是韌性不足夠，稀土鉭酸鹽材料比氧化鋯材料質(zhì)地柔軟，可以承受更多的應(yīng)力，這樣就可以大大提高材料熱循環(huán)次數(shù)，增強(qiáng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性。同等應(yīng)力狀態(tài)稀土鉭酸鹽還可以制備更厚的熱障涂層，這樣就能達(dá)到更大的溫度梯度。

憑借新型材料，渦扇15渦輪前溫度超越F119已經(jīng)不是夢

     因此稀土鉭酸鹽高溫鐵彈相變陶瓷材料研制成功，為中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)提高渦輪前溫度創(chuàng)造了有利條件，可以想像，這種發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用之后，國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)推力更大、推重比更高，能夠更加有效的進(jìn)一步提高國產(chǎn)戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)能力。

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：王元

《中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414